Berekend tot in de puntjes - Bouwen met Staalmeetpunten. De totale testreeks gaf echter hoge waarden...

22 BOUWEN MET STAAL 199

Vanaf het begin (2004) van de bouw van het Strijkijzer was gevelbouwer Bijlbouw uit Alblasserdam betrokken door Heijmans Bouw (Rotterdam), die in september 2005 werd vervangen door Boele van Eesteren. Heijmans spoorde aan tot windtunnelonder-zoek vanwege de combinatie hoogte van het gebouw (140 m), de vorm (driehoekig) én de invloed van de bestaande bebouwing[1]. De testen gaven extreme waarden. Voor een praktische vertaling van deze uitkomsten introduceerde Kees Nieuwen-huizen, directeur Bijlbouw, Piet van Bezu, directeur van Everspartners uit Velsen-Noord aan het ‘gevelteam’. Andere gesprek-partners waren hoofdconstructeur Jan Font Freide van Corsmit uit Rijswijk, Chris Geurts van TNO Bouw en Ondergrond uit Delft , John Dame van BDA Geveladvies

uit Gorinchem en Otto Kettlitz van het ge-lijknamige Rotterdamse geveladviesbureau.Samen smeedden ze de kernbegrippen wind, water, duurzame veiligheid, materia lisatie en montage tot een gevelconstructie die tot in de puntjes is berekend.

Materialisatie en duurzame veiligheidArchitect Paul Bontenbal van AAarchitecten was van meet af aan duidelijk: hij wilde een stalen gevel. Ook de achterconstructie, lijn-vormige profi elen op consoles, was helemaal van staal. Bij de bouwvergunningsaanvraag eiste Bouw- en Woningtoezicht echter een specifi eke staalkwaliteit: roestvast staal, voor álle onderdelen. De reden: duurzame veilig-heid (een gebouwonderdeel moet immers volgens het Bouwbesluit 2003 vijft ig jaar lang standhouden). Deze wijziging zou het ontwerp fi nancieel om zeep helpen. Om dit te pareren deden Bontenbal en het ‘gevelteam’ een tegenvoorstel gebaseerd op waarschuwende en niet-waarschuwende elementen. De gevelbekleding bleef staal: mocht een imperfectie zich voordoen dan

maakt de plaat dit zichtbaar met roest-vorming. Hij waarschuwt voor problemen. De lijnvormige achterconstructie is niet – zonder meer – zichtbaar, problemen dus ook niet. Daarom zou deze van (een off shore-legering) aluminium worden gemaakt. De consoles tegen het beton vallen binnen de isolatielaag en buiten het vochtgebied. Daarom konden deze ook van staal worden gemaakt, maar wel uit voorzorg verduur-zaamd met een zink- en poedercoatlaag (duplex -sys teem). Voor alle bevestigingsmiddelen werd roestvast staal (AISI 316, A4) voor gesteld. De gemeente ging akkoord op voorwaarde dat de gevel jaarlijks wordt geïnspecteerd. Een eis die goed is te com bineren met het periodiek onderhoud van de gevel (schoon-maak).

ContactcorrosieDe gevel is uiteindelijk samengesteld uit de volgende reeks metalen: staalplaat, alu minium stijlen, stalen console. Alles bevestigd met roestvast stalen schroeven. Een ‘stapeling’ van metalen die gevoelig is voor contactcorrosie: aluminium en staal hebben immers een verschillend elektro-litisch potentiaal. Bij contact (in een vochtige en zuurstofrijke omgeving) worden elektronen uitgewisseld. Het ene materiaal off ert zich aan het andere. Een principe dat juist wordt gebruikt bij verzinken van staal (kathodische bescher-ming). Hier is dat echter ongewenst: het aluminium zou worden aangetast door het edelere staal. Daarom zijn alle onderdelen gescheiden met epdm-band. Een extra maatregel was een (fabrieks-matige) laag plastisol aan de binnenzijde van de buitenplaat (100 mμ). Om corrosie van het boorgat aan de buiten-zijde te voorkomen zijn epdm-afdichtingen gebruikt, waarmee toegang van vocht wordt uitgesloten.

GEVEL WOONGEBOUW HET STRIJKIJZER, DEN HAAG

DEEL 2 – CONSTRUCTIEVE EN BOUWKUNDIGE UITWERKING

Berekend tot in de puntjesing. M.C. Pauw

Marco Pauw is bouwkundig ingenieur en

hoofdredacteur van Bouwen met Staal.

In de woningbouw is een gevel uit staalplaat al enigszins gebruikelijk, maar niet op zo’n hoog gebouw als het Strijkijzer in Den Haag. Speciale aandacht ging dan ook uit naar de materialisatie, bevestiging van de gevelplaten en de detaillering van de aansluiting van verschillende metalen op de achterconstructie. Ander aandachtspunten waren het condensgedrag en de vochthuis-houding van de gevel. Wind- en wateronderzoek gaven bijzondere uitkomsten. Daarom hadden con-structeur, gevelbouwer en adviseurs al in een vroeg stadium intensief overleg voor de optimale constructie van een gevel die zelf waarschuwt bij onraad.

199-BMS Magazine.indd 22199-BMS Magazine.indd 22 12-12-2007 14:01:2112-12-2007 14:01:21Proceskleur CyaanProceskleur CyaanProceskleur MagentaProceskleur MagentaProceskleur GeelProceskleur GeelProceskleur ZwartProceskleur Zwart

BOUWEN MET STAAL 199 23

foto

’s: R

ob H

oeks

tra

Maatgevend voor zowel de gevelbekleding als de bevestigingen ervan aan de achter constructie is windzuiging. De in rekening te brengen windzuiging is gebaseerd op een uitgevoerd onderzoek door TNO, met als ondergrens de windzuiging volgens NEN 6702. Voor zowel de planken profielen als de puntprofielen bedraagt de in rekening te brengen windbelasting 2,165 kN/m2 tot 4,8 kN/m2.De berekening verloopt verder als volgt.

1. Vaststellen belastingen, NEN 6702 en TNO-rapport.

2. Berekening koudgevormde profielen volgens NEN 6773.

• Berekenen doorsnede-eigenschappen bruto doorsnede.• Bepalen spanningsverdeling.

• Bepalen meewerkende plaatdelen.• Correctie zwaartelijn.• Berekenen doorsnede-eigenschappen netto doorsnede.• Toetsing aan de eisen.

3. Brede flenzen controleren op hinderlijke windtrillingen.

Eigen frequentie > 3 Hz.

4. Berekenen bevestigingen aan de achte r constructie. Naast eigen gewicht van de constructie en windzuiging, is voor de berekening van deze bevestigingen gerekend met 10 mm ijzelbelas-ting. Er zijn uitsluitend productgecertificeerde bevestigingsmiddelen toegepast.

Berekening koudgevormde puntprofi elen

280

130

werkende breedte = 840

17,5 35245 55

Schets netto doorsnede. Populair gezegd doen bepaalde (druk)delen van de plaat niet mee aan het constructief gedrag vanwege hun plooigevoeligheid.

De bruto doorsnede van het puntprofi el. De meewerkende en niet-mee-werkende plaatdelen moeten nog worden berekend voor de netto doorsnede.



125

03

15

22

52

1

08

15

4

25

25

52

00

30

00

1

100

30050

08

4

225

180 45

130

02

125225

a

abcdef

ghijk

mnop

stalen gevelplaat tweezijdig gecoatzelftappende schroef A4 kwaliteitgeëxtrudeerd aluminium regelwerk EN AW 6068glaswolisolatie dik 180 mm.stalen console L130x65x8 thermisch verzinkt met duplexcoatingelectrolytisch verzinkt ingestort DEMU ankerbetonnen prefab elementhulpprofiel voor bevestiging lekdorpellekdorpelaluminium raamkozijnvensterbankdagkantprofielafsluitstuk gevelplaathoekstukals m

130 1502

2.395+VL

5,7

1

08

2

2.100+VL

52

15

21

52

20

31

54

08

1

50

6

50

15

11

30 35

08

2

tolerantieruimte

09

1

0.420+VL

0.700+VL

0.395+VL

d

e

f

g

k

m

n p

o

h

i j

b

c

detail 4.detail 3.

detail 2.

detail 1.



WindonderzoekWindonderzoek bij TNO werd ingezet voor het bepalen van de windbelasting, speciaal in de hoeken op grote hoogte. Het onder-zoek was beperkt met een minimaal aantal meetpunten. De totale testreeks gaf echter hoge waarden in vergelijk met de NEN 6702[2]. In overleg met Everspartners zijn de uitkomsten bepaald op:• zuidgevel, gedeelte van +102,3 m tot +128,4 m en tussen as 1 en 3, 4,8 kN/m2; overig gevelgedeelte 2,2 kN/m2;• westgevel, gedeelte van +102,3 m tot +128,4 m en tussen as H en J, 2,4 kN/m2; overig gevelgedeelte 2,165 kN/m2 (NEN 6702);• noord-oostgevel, geheel volgens NEN 6702, 2,165 kN/m2;• ijzelbelasting, voor de bevestigingen aan de achterconstructie, 0,1 kN/m2.

Uiteindelijk waren slechts op hoger gelegen delen bij bepaalde windrichtingen aanvul-lende voorzieningen (extra stijlen) nodig in de achterconstructie. Ook de zogenaamde plankprofi elen kregen op bepaalde locaties een ingelijmde versteviging. Een normaal bevestigde staalplaat zou bovendien bij de gemeten windbelasting direct loslaten. Bere-kening van de bevestiging was noodzakelijk. Speciale aandacht ging uit naar de bevestiging van de staalplaat op het aluminium profi el (schroef rond 6,3 mm, h.o.h. 550 mm bij 2,4 kN/m2 en h.o.h. 280 mm bij 4,8 kN/m2) en de wrikbelasting op de consoles (trek en excentrische trek).

Rekenen aan koudgevormde profi elenNederland kent weinig ingenieursbureaus die rekenen aan dunwandige koudgevormde staalprofi elen. De berekeningen (volgens NEN 6773[3]) zijn niet standaard, temeer om-dat de profi elen niet zijn gestandaar di seerd. Alle profi elen moeten worden door berekend op eff ectieve doorsneden, die afh ankelijk zijn van windbelasting en ge steunde of on-gesteunde onderdelen. Populair gezegd doen – vanwege het plooigedrag – bepaalde delen van het profi el niet mee. Door zettingen wordt het profi el echter weer steviger. Al met al een complexe berekening. Evers partners rekent al sinds 1973 aan koud-gevormde profi elen, min of meer door een

toevallige Amerikaanse opdracht. Destijds deed het bedrijf dat met de theorie van George Winter[4] (waarop ook mede Jan Starks theorie[5] is gebaseerd). Nu combi-neert het NEN 6773 met Matcad voor een automatische berekening.

Constructie en isolatiewaardenVoor de achterconstructie van de gevel bestonden meerdere constructieve moge lijk-heden voor de verschillende onderdelen: slanke of zware consoles, lichte of zware stijlen en kleine of grote h.o.h.-afstanden van zowel de stijlen als de consoles. De gevel moest een isolatiewaarde (Rc) van 3,0 m2K/W hebben. Voor deze prestatie was de afstemming van de constructie en bevestigingspunten op de betonnen hoofd-draagconstructie van cruciaal belang. Het is zaak zo min mogelijk contacten tussen binnen en buiten te hebben, de zo-genaamde koudebruggen. Deze hebben namelijk (grote) invloed op de totale warmte-weerstand van de constructie. Met andere woorden: zorg voor een minimum aantal koudebruggen, dus minimaliseer het aantal consoles, overigens ook gunstig voor de montage kosten. Uitgangspunten voor de achter constructie van stijlen waren de gekozen profi elen:• puntprofi elen (in de volksmond stalen tietjes);• plankprofi elen.

De puntprofi elen met een staaldikte t = 0,88 mm konden een overspanning aan van 2,0 m bij gewone windbelasting en 1,35 m bij hoge windbelasting (4,8 kN/m2, uit wind onderzoek). De plankprofi elen (t = 1,25 mm) respectievelijk 1,16 m en 0,672 m.

Afstemming kozijnen en gevelsHet Strijkijzer is het hoogste gebouw in Nederland met een hoofddraagconstructie van prefab betonnen wanden en vloeren. Voor een versnelde logistiek werden de aluminium kozijnen in de fabriek voorge-monteerd. De crux in de gevelmontage was dan ook de aansluiting op het kozijn. Op de overige delen was afstemming amper nood-zakelijk. In overleg met de betonleverancier

werden montage-ankers ingestort waartegen de console met vilt (koudebrugonderbreking) wordt gemonteerd. Nastelmogelijkheden in de consoles of de stijlen waren overbodig. De maatafwijkingen in het beton waren acceptabel. Deze zijn namelijk op die hoogte niet zichtbaar en de gevelplaat kan de af-wijking goed hebben, mede door zijn plooi-baarheid. De enige dominante maat was de hoogte van de onderkant van het kozijn. Deze moesten per verdieping zo zuiver mogelijk in één lijn liggen. Hiervoor is een speciaal maatvoeringsprotocol afgesproken met een maximale afwijking van ± 10 mm. Deze maat kon worden opgenomen in het onderdetail (zie detail 2, p. 24).

WateronderzoekWat gebeurt er met een gevel op 140 m bij een regenachtig storm? Is deze gevel wel waterdicht? Om deze vragen te beant-woorden werd bij BDA in Gorinchem een watertest verricht aan een mock-up met een dichte gevel van de stalen puntprofi elen én aan een mock-up met de gevel en een aluminium kozijn. Dit zijn geen genormeerde proeven, dus werden op ervaring de wind- en regenbelasting bepaald. Bij de dichte gevel gebeurde zowaar niets. Bij de kozijn-mock-up spoot het water echter bij de dag-kanten naar binnen. Tot grote ontzetting van Kees Nieuwenhuizen van Bijlbouw, die bijna vijft ig jaar zijn projecten zo detailleert. De proef bleek echter niet waarheidsge-trouw: of het waait hard, of het regent hard. Nieuwenhuizen was weer gerustgesteld, maar heeft voor de zekerheid wel extra afdichtingsvoorziening aangebracht bij kozijnaansluitingen. •

plank punt

165 0

00

20

900 270 0 900 900150 0

1

2

43

Overzicht achterconstructie (2,165 kN/m2).



Voorlakken voor duurzaamheid Voorgelakt staal wordt al meer dan veertig jaar op grote schaal toegepast in daken ge-velsystemen, voornamelijk in de industriële bouw. De vormgevingsvrijheid, duurzaamheid, en esthetiek (kleur, glans) geven de mogelijk-heid tot een hoogwaardig gebouw. Voor woon-toren het Strijkijzer met zijn grote hoogte en een locatie 5 km van zee was voor de stalen gevelbekleding een goede corrosiebestendig-heid en de daarmee samenhangende duur-zame veiligheid en lage onderhoudskosten van belang. Het coatingsysteem is dan bepa-lend voor de duurzaamheid en de esthetische waarde van de staalplaat. Om inspecties en onderhoud aan het hoge gebouw te beperken werd het meest duurzame voorgelakte staal geselecteerd: Colorcoat HPS200. Staalprodu-cent Corus geeft hierop een garantie tot 30 jaar zonder dat inspectie en onderhoud nodig zijn mits het oppervlak wordt beregend (geldt dus bijvoorbeeld niet bij de onderzijde van luifels). Deze garantie heet Confidex-garantie en dekt ook schade door corrosie aan de snij-kanten. Corus verplicht zich met deze garantie tot arbeids- én mate riaalkosten. De garantie gaat rechtstreeks naar de gebouweigenaar en kan worden overgedragen aan de volgende eigenaar.

Coatingsysteem

Een coatingsysteem voor een voorgelakte plaat bestaat uit een metallische en een orga-nische coating. De metallische coating is – in dit geval – niet de gebruikelijke pure zinklaag, maar een verbeterde zink/aluminiumlegering (Galvalloy, 95% ZnAl). Deze legering geeft een extra goede bescherming tegen corrosie bij snijkanten en beschadigingen. De organische coating heeft een hoge uv-bestendigheid: dat betekent dat ultraviolet licht de organische coating niet afbreekt. Op middellange termijn

behoudt het product daardoor z’n kleur en glans; op lange termijn blijft de coating boven-dien intact, zodat de barrière-werking behou-den blijft, waardoor corrosie sterk vertraagd wordt. Mede door de dikte van 200 μm is de coating robuust en bestand tegen beschadi-gen. Uiteindelijk is voor het Strijkijzer gekozen voor Colorcoat HPS200 in de kleur RAL 7021 (antraciet) met een dubbelzijdige coating: 200 μm op voorzijde en 100 μm op de achter-zijde van de gevelplaat. De coating op de achterzijde is een barrière tegen contact-corrosie met de aluminium achterconstructie en geeft extra bescherming tegen corrosie.

Metallische coating

Corrosiebescherming van voorgelakt staal vindt meestal plaats door kathodische be-scherming van een metalen laag, veelal zink. Bij beschadigingen of bij onbeschermde snij-kanten, wordt het voorgelakte staal blootge-steld aan een corrosief medium (bijvoorbeeld regenwater) en offert het zink zichzelf op en corrodeert in plaats van het staalsubstraat. Zink heeft een hogere chemische activiteit en reageert daarom eerder met het corrosieve medium waardoor het staal wordt gespaard. In een vergevorderd stadium kan het zink dat zich tussen de verflaag en het staal bevindt echter verdwijnen, waardoor de verflaag als-nog vroegtijdig onthecht, vaak als eerste bij de snijkanten en beschadigingen. Inzicht in dit proces leidde bij Corus tot de ontwikkeling van de zogenaamde Galvalloy. Hierbij heeft de metallische deklaag een samenstelling van 95% zink en 5% aluminium. De aanwezigheid van het aluminium vertraagt de reactie van het zink op het corrosieve medium, zonder nadelig effect op de beschermende werking. Hierdoor blijft de hechting van de coating langer in stand, ook bij de snijkanten.

ir. N. Noort, Corus in IJmuiden



Literatuur

1. C.P.W. Geurts en C.A. van Bentum, ‘Hoge

gebouwen vangen lokaal meer wind dan de

norm’, Bouwen met Staal 195 (2007), p. 42-45.

2. NEN 6702. Technische grondslagen voor

bouwconstructies. TGB 1990. Belastingen

en vervormingen, 2007.

3. NEN 6773. Staalconstructies. TGB 1990.

Basiseisen, basisrekenregels en beproevingen

voor overwegend statisch belaste dunwandige

koudgevormde stalen profi elen en geprofi leerde

platen, 2000 + A1, 2001.

4. G. Winter. Development of Cold-Formed

Light Gauge Steel Structures, American Iron

and Steel Institute 1959.

5. J.W.B. Stark. Koudgevormde profi elen. Staal-

bouwkundig genootschap en Staalcentrum

Nederland, Rijswijk 1976.

6. Kwaliteitsrichtlijn voor metalen gevels en

daken. Deel 1: Leidraad voor opdrachtgever,

architect en verwerker. Deel 2: Technische

richtlijn voor opdrachtgever, architect en

verwerker. DumeboDWS en MDG 2003.

7. CCK Media, Stalen gevels en daken voor

woningen. Materiaalaspecten, bewerkingen

en projectdetails, Bouwen met Staal, Zoeter-

meer 2007 (2e druk).

8. Geprofi leerde staalplaat voor daken en

gevels, Bouwen met Staal, Zoetermeer 2005

(2e druk).

9. Bouwen met Colorcoat. Handboek voor

toepassingen met voorgelakte staalplaat,

met projectvoorbeelden. Corus Colors,

IJmuiden 2006.

10. Onderhoud gecoilcoate staalplaat, Bouwen

met Staal, Rotterdam 2004 (2e druk).

Internet

www.hetstrijkijzer.nl • www.aaarchitecten.nl

• www.bijlbouw.nl • www.colorcoat-online.nl •

www.boele.nl • www.bda.nl • www.kettlitz.net


Berekend tot in de puntjes - Bouwen met Staalmeetpunten. De totale testreeks gaf echter hoge waarden...

Documents

Transcript of Berekend tot in de puntjes - Bouwen met Staalmeetpunten. De totale testreeks gaf echter hoge waarden...